Ви є тут

Комплексне насичення вуглецевих сталей і твердих сплавів ніобієм та хромом.

Автор: 
Лоскутова Тетяна Володимирівна
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2004
Артикул:
3404U002757
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Обґрунтованість основних положень, висновків та рекомендацій, а головне - достовірність отриманих результатів, наведених у даній роботі, забезпечується відповідністю об'єктів експериментального дослідження та застосовуваних сучасних методів, а також сформульованих задач і мети роботи рівню аналітичного аналізу. Вони перевірені в кожному конкретному випадку шляхом співвідношення даних експериментальних досліджень з результатами дослідно-промислових апробацій.
Для взаємного контролю отриманих даних та вивчення процесу комплексного насичення сталей і твердих сплавів ніобієм та хромом було використано біля 15 сучасних методів дослідження, що застосовуються в галузі фізичного матеріалознавства.

2.1. Матеріали дослідження
Для вирішення задач, поставлених у даній роботі, в якості об'єктів дослідження використовували вуглецеві сталі з вмістом вуглецю від 0,03 до 1,2% за масою: 10864, 20, 45, У8А, У10А, У12А та тверді сплави марок ВК8, Т15К6. Хімічний склад застосовуваних вихідних матеріалів відповідав ГОСТам 11036-75, 5950-73 і 3882-74.
Зразки сталей відповідних розмірів отримували шляхом механічної обробки (фрезерування, шліфування та полірування) заготовок, які поставляють на промислові підприємства у вигляді прутків ? 20...30 мм. Вихідні зразки твердих сплавів ВК6 та Т15К6 були виготовлені на КВО ім. Корольова (м. Київ) методом порошкової металургії.
Безпосередньо перед процесом нанесення покриттів зразки досліджуваних матеріалів знежирювали в етиловому спирті або в ацетоні, а потім висушували під струменем стиснутого повітря.

2.2. Вихідні матеріали для нанесення покриттів
В якості вихідних речовин, які використовувались для утворення активної газової фази в реакційному просторі, застосовували порошки ніобію (марка Н2), хрому (марка Х2) крупністю (160...200)?10-6м, чотирихлористий вуглець ССl4 (ГОСТ 20288-74) та графіт (ТУ 48-20-3-77).

2.3. Установка для нанесення покриттів
Нанесення карбідних покриттів здійснювали на установці типу "УГФО-2", загальна схема якої наведена на рис. 1.1, з новою конструкцією реакційної камери, яка розроблена нами [82] і схема якої наведена на рис.2.1.
Як і в раніше застосовуваній конструкції [64, 65], розроблена камера складається із корпуса (1), виготовленого зі сталі 12Х18Н9Т, і кришки (2).
Між ними розміщується вакумне ущільнення (3), яке при здійсненні нагріву, ізотермічної витримки охолоджується водопровідною водою, яка циркулює у втулці (4), привареній до корпуса камери.
Нами [82] вперше запропоновано й використано:
1. Металізатор (порошки карбідоутворюючих елементів або їх сумішей) завантажують не в нижню частину реакційної камери, а в спеціальну ємність (7), яка прикріплюється до кришки (2) за допомогою шарнірного з'єднання (5) і магнітного замка (6), тобто у верхній частині камери, яка практично не нагрівається.
2. Оброблювані зразки (деталі) закріплюються на вставці (9), яка розташовується в спеціальному стакані, стінки якого виготовлені із ситалової, кварцової або алундової труби (10), а днище (11) - з графіту.
Розміщення порошків перехідних металів у зоні реакційного простору, яка практично не нагрівається, попереджує їх окислення та карбідизацію під час нагріву до температури ізотермічної витримки та першої стадії процесу - неізотермічної цементації. Це дозволяє, як показали наші подальші дослідження, знизити загальні витрати металізатора на 25 - 30 % за масою.
Використання графітового днища стакана, площа верхньої поверхні якого складає 0,06 м2, усуває необхідність додаткового введення у склад вихідних реагентів вуглецемісних речовин для здійснення неізотермічної цементації та попередження утворення зневуглецьованих зон під шаром карбідної фази.
Застосування стакана, бокові стінки якого виготовлені із жаростійкого інертного матеріалу, попереджає можливість легування отримуваних карбідних покриттів елементами, які входять до складу матеріалу реакційної камери (хрому, нікелю, титану) і швидкий вихід її із ладу за рахунок роз'їдання хлором.
Необхідно також відзначити, що конструкція розробленої нами камери дозволяє розташовувати зразки (деталі) в більш нагрітій зоні реакційного простору, а порошки карбідоутворюючих елементів - у менш нагріту зону. Саме це і потрібно, виходячи з аналізу рівноважного складу активної газової фази і термодинамічних розрахунків вірогідних хімічних реакцій карбідоутворення [11, 17, 64, 121].
Таким чином, розроблена конструкція реакційної камери, новизна якої підтверджена видачею Патента України на винахід №54926А від 17.03.2003р., дозволяє усунути недоліки відомих способів карбідизації, які були раніше розроблені в НТУУ"КПІ".
Процес карбідизації сталей та твердих сплавів при використанні реакційної камери нової конструкції складається із ряду операцій: знежирені зразки (деталі) (8) разом із вставкою (9) розміщують у стакані, який складається із труби (10) і графітового днища (11), завантажують у камеру (1). В ємність (7), яка прикріплена до кришки (2), завантажують порошки карбідоутворюючих елементів або їх суміші. Камеру з вмістом вакуумують до тиску 10-1 МПа, нагрівають до потрібної температури ізотермічної витримки (1173...1373К), знову вакуумують до вищевказаного тиску, після чого відключають магнітний замок (8), перевертають ємність (7), висипаючи її вміст у реакційну камеру. Одночасно з цим у камеру вводять чотирихлористий вуглець і проводять ізотермічну витримку (1...6)?3600 с. Після завершення процесу зразки (деталі) разом з реакційною камерою охолоджують до кімнатної температури.
Далі камеру розпаковують, виймають зразки (деталі) і піддають їх зовнішньому огляду для виявлення можливих сколювань, тріщин, пористості.
2.4. Визначення термодинамічного потенціала реакцій карбідоутворення
Виявити ведучі хімічні реакції, встановити вірогідність передбачуваного масообміну та його спрямованість можна за допомогою термодинамічного аналізу [10, 2